3 курс / Фармакология / Биотехнологические_способы_получения_лекарственных_препаратов_Фауст

Нанотехнология – это исследование и создание сверхмалых структур и устройств, состоящих из отдельных молекул с целью разработки технологий их применения в самых различных областях человеческой деятельности. Она возникла благодаря созданию микроскопических приборов, обеспечивающих возможность визуализации отдельных молекул, манипулирования ими и измерения возникающих между ними электромагнитных взаимодействий, используя природные и синтетические наночастицы.

Нанобиотехнология основана на использовании внутриклеточных структур и биологических молекул (нуклеиновые кислоты, пептиды и другие низкомолекулярные соединения) в качестве наноструктур и наноматериалов в биологических исследованиях и технологиях; она объединяет в себе достижения нанотехнологии и молекулярной биологии.

Наномедицина – это применение наноконструкций и нанотехнологий в диагностике, лечении и профилактике заболеваний человека.

10.2. Адресная доставка лекарственных средств

Для целенаправленной доставки лекарственных средств к патологическому очагу, в больной орган используются: - неорганические наночастицы (например, золотые, силикат­ ные, магнитные); - полимерные наночастицы (например, на основе полисахаридов, полилактидов, полиакрилатов) и полимерные мицеллы; - липосомы. Преимущества применения наночастиц в качестве Переносчиков в следующем:

-«нерастворимые» препараты могут стать в некотором смысле «растворимыми», если они доставляются наночастицами;

-лекарства могут быть защищены от деструкции во время их переноса к месту назначения; - наночастицы могут активно или пассивно накапливаться в органемишени и высвобождать переносимые лекарства контролируемо как по дозе, так и по времени;

-наночастицы могут быть использованы в качестве контрастных индикаторов в диагностических целях.

Таким образом упаковка лекарственных веществ в наноносители повышает их биодоступность путем адресной доставки при малой дозе препарата, минимизируя его воздействие на другие ткани и клетки, предохраняет лекарство от быстрого разрушения, инактивации. В организме для транспортировки к клеткам-мишеням лекарственные вещества нуждаются в специальных переносчиках. Роль переносчиков чаще выполняют белки и липопротеины плазмы крови. Самыми близкими аналогами природных переносчиков являются наночастицы из фосфолипидных молекул - липосомы. Они очень удобны, поскольку легко расщепляются в организме и нетоксичны. Липосомы не только позволяют «растворить» нерастворимое в воде вещество, они также способны доставить его к месту назначения - в пораженный орган, ткань или даже клетку. Использование липосом уменьшает действующую концентрацию лекарственных препаратов и, как следствие, их побочное действие.

Лекарства, упакованные в липосомы, становятся более эффективными и безопасными. Для доставки лекарственных средств также применяются другие везикулярные наносистемы - мицеллы, фуллерены и дендримеры, так как обладают высокой инкапсулирующей способностью. Стабилизированные мицеллы размером 5-50 микрон, состоящие из природных или искусственных фосфолипидов, применяются в качестве средств доставки лекарств к клеткам-мишеням, они высоко растворимы и легко проникают через гисто-гематический барьер. Фуллерены являются наноконтейнерами для различных органических антимикробных и противоопухолевых лекарственных веществ. Так, фуллерен С60 (имеет в своей конструкции 60 взаимосвязанных атомов углерода) показал положительные результаты при лечении вирусной инфекции и онкозаболеваний в

экспериментальных исследованиях на животных. Дендримеры (от греч. dendronдерево)

-относятся к классу полимерных соединений. Молекулы дендример имеют большое число разветвлений, каналов и пор, имеющих хорошо воспроизводимые формы и размеры; они

способны к высокоизбирательной инкапсуляции, что позволяет конъюгировать к ним лекарственные вещества для адресной доставки в патологический очаг, в том числе в опухолевые клетки.

Дендримеры также могут быть использованы с целью переноса генетического материала при генотерапии. Адресная доставка лекарственных средств наночастицами достигается путем размещения на их поверхности лигандов (мини-антитела, трансферрин, фолаты и др.), специфично реагирующих с рецепторами клеток соответствующих тканей; для обеспечения проникновения внутрь клеток к наночастицам лигируют поверхностные пенетрационные белки; высвобождение лекарства из наночастицы можно обеспечить изменением pH, температуры и др.

10.3. Нанолекарства

Применение в медицине нанолекарств в основном находится на стадии экспериментальных разработок и клинических испытаний. Ниже приведены отдельные примеры их использования. Новая лекарственная форма аэрозоля - наномагнитозоль, в ней активное вещество смешано с наночастицами из оксида азота. Оксид азота обеспечивает магнитные свойства новой лекарственной формы с формированием золя в виде микрокапелек размером около 50 нанометров. В эксперименте показано, что эффективность его доставки в бронхи повышается в 8 раз. Разработано липосомное лекарственное средство, которое представляет собой молекулу дофамина, заключенную в липидную оболочку. Такой препарат эффективно преодолевает гемато-энцефалический барьер, концентрация дофамина в головном мозге нормализуется и как следствие - снимаются симптомы болезни Паркинсона (причина этой наследственной болезни - дефицит дофамина). Липодокс - липосомный доксорубицин. Липосомы, загруженные доксорубицином (химиопрепарат, токсичен, лечебная концентрация при адресной доставке уменьшается в 15 раз). Мишенью для липосом стал белок интегрин, в значительно большей концентрации встречающийся на эндотелии растущих сосудов опухолей. Адресно связывающийся с этим интегрином белок RGD уже был апробирован онкологами при диагностике и исследовании опухолей.

В препарате «Липодокс» белок RGD конъюгирован с липосомой, загруженной доксорубицином. Респироцит - искусственный носитель кислорода и двуокиси углерода, значительно превосходящий по своим возможностям эритроциты крови. Наночастица представляет собой полую сферу, внутри сжатый кислород, диаметр сферы - 1 мк, (эритроцит - 7-8 мк) способна выдерживать давление кислорода в 1000 атм. (эритроцит — 0,5 атм.); потребность организма покрывается при внутривенном вливании 0,5 мл взвеси респироцитов в минуту, т.е. кислородная емкость у него гораздо больше, чем у эритроцита. Но пока не отработаны механизмы отдачи кислорода на уровне клетки, не исследована сигнальная рецепция, регуляция газообмена между I тканевыми клетками и респироцитами. Восстановление хрящевой ткани с помощью наночастиц. Благодаря своим поверхностным свойствам, углеродные нанотрубки I формируют матрикс для хондробластов (клеток, формирующих I хрящевую ткань). Поверхность матрикса становится «шершавой» на микроскопическом уровне, структурированной и похожа на естественный внеклеточный хрящевой матрикс, что благоприятствует прикреплению, размножению и дифференциации ходрогенных клеток. С целью успешной регенерации клеток-предшественников I костной ткани на биосовместимом матриксе, добавляют В сигнальные молекулы, факторы дифференцировки и роста клеток кости. Если все условия подобраны правильно, со временем на месте заготовки образуется кость, по прочности и другим характеристикам очень похожая на настоящую. В качестве клеток-предшественников костной ткани используют мезенхимальные стволовые клетки (МСК), способные в соответствующих условиях дифференцироваться в клетки разных типов: жировые, костные, хрящевые, мышцы, клетки соединительной ткани.

Для правильного формирования кости необходимо, чтобы МСК дифференцировались в остеогенные клетки, которые в дальнейшем разовьются в зрелые клетки костной ткани - остеобласты и остеоциты. Обычно для успешной дифференциации используется химическое воздействие - дексаметазон. Но если на поверхность матрикса нанести наночастицы (в частности, гидроксилапатит), т.е. сформировать наноструктурированную поверхность, то дифференциация костных клеток происходит и без применения кортико­ стероидного гормона. Биосовместимые наноматериалы. Наноматериалы на основе карбоксифуллеренов, белковых частиц применяются с целью повышения биосовместимости искусственных клапанов сердца и сосудов при трансплантации; при разработке новых типов перевязочных материалов. Для очистки воды и воздуха, при дезинфекции одежды и спец-покрытий разработаны бактерицидные серебряные наночастицы.

Требования к нанолекарствам:

-биоразрушаемость (расщепляемые наноносители);

-достаточная по времени циркуляция в крови;

-маленькие размеры при большой вместимости;

-накопление в определенной ткани или органе.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Алмагамбетов, К.Х. Медицинская биотехнология / К.Х. Алмагамбетов. – Астана: Евразийский национальный университет им. Л.

Гумилева, 2009. – 236 с. – ISBN 978-601-244-042-3

2.Блинов, В.А. Общая биотехнология. Курс лекций, Ч. 2. / В.А. Блинов. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ», 2004. – 86 с. – ISBN 5- 7011-0436-2

3.Джонс, Д. Биоматериалы, искусственные органы и инжиниринг тканей / Д.Джонс, Л. Хенч. – М.: Техносфера, 2007. – 305 с. – ISBN: 978-5- 94836-107-9

4.Кузьмина, Н.А. Основы биотехнологии: учебное пособие для студентов биологического факультета / Н.А. Кузьмина. – Омск: Электронное издание, 2010 (ссылка доступа – http: //www.biotechnolog.ru/).

5.Никитина, Е.В. Микробиология (учебник) / Е.В. Никитина, С.Н. Киямова, О.А. Решетник. – Спб: ГИОРД, 2009. – 368 с. – ISBN - 5-8745-1721- 5

6.Оn-line-журнал «Биотехнология. Теория и практика» (ссылка доступа – http://www.biotechlink.org)